Procedimiento de síntesis de materiales de óxido metálico híbridos y aplicaciones de los mismos.

Procedimiento de formación de una película fina sobre la parte superior de un sustrato,

que comprende las etapasde

- aplicar sobre la superficie del sustrato una composición obtenida convirtiendo una composición de precursorde óxido metálico complejo en un producto intermedio, que está disuelto en una fase líquida y que puedepolimerizarse;

- formar una capa fina sobre la superficie;

- eliminar el disolvente de la solución; y

- polimerizar el producto intermedio dando una película reticulada,

procesándose el producto intermedio a partir de la fase líquida para producir una película que tiene un espesor en elintervalo de 1 nm a 1000 nm con una única ejecución de la deposición,

metálico del grupo de

halogenuros metálicos que tienen la fórmula I

MeXm, I

en la que Me representa germanio, titanio, estaño, antimonio, tántalo, hafnio, circonio o silicio, X representa unhalogenuro y m representa la valencia del metal, y

alcóxidos metálicos que tienen la fórmula II

MeOR1

en la que R1 representa un grupo alquilo alifático o alicíclico lineal o ramificado que opcionalmente está sustituidocon 1 a 3 sustituyentes seleccionados del grupo que consiste en grupos hidróxido, carboxi, anhídrido, oxo, nitro yamido, y Me y m tienen el mismo significado que anteriormente, y

en el que existen dos tipos diferentes de moléculas presentes en relaciones molares de aproximadamente 1:10 a10:1 para formar una mezcla de halogenuros metálicos y alcóxidos metálicos.

Procedimiento de síntesis de materiales de óxido metálico híbridos y aplicaciones de los mismos

Antecedentes de la invención Campo de la invención La presente invención se refiere a materiales de recubrimiento de óxido metálico que pueden usarse como recubrimientos de película fina y recubrimientos de película fina que pueden estamparse litográficamente o no litográficamente en diversas superficies de sustratos. Además, la invención se refiere a materiales que pueden usarse para construir diversas estructuras de dispositivos electrónicos y optoelectrónicos. En particular, la invención se refiere a un procedimiento de fabricación de materiales de óxido metálico.

Descripción de la técnica relacionada Como se sabe en la técnica, pueden usarse dióxidos de silicio organomodificados para formar capas ópticamente transparentes y que son buenas aislantes eléctricas usándolos como polímeros de organo-siloxano, también conocidos como "polímeros sol-gel". Por ejemplo, en el caso más sencillo, se hidroliza tetraetóxido de silicio o tetracloruro de silicio y la polimerización por condensación del monómero hidrolizado da como resultado un polímero de siloxano que puede convertirse en un material de dióxido de silicio mediante un tratamiento térmico. Además, los organo-siloxanos pueden fabricarse litográficamente estampables uniendo covalentemente restos fotorreticulables al esqueleto de óxido de silicio. Un material de óxido de silicio a base de dióxido de silicio puro o incluso dióxidos de silicio organomodificados muestra, sin embargo, un índice de refracción relativamente bajo. Los índices de refracción de estos materiales son típicamente de aproximadamente 1, 5 y sus constantes dieléctricas están en el intervalo de aproximadamente 4, 2 a 2, 5, dependiendo de su estructura y de los restos unidos al silicio. Cuando el silicio se reemplaza por otros elementos de la tabla periódica de los elementos que tengan un número de electrones superior, tales como germanio, titanio, estaño, antimonio, tántalo, hafnio o circonio, pueden obtenerse índices de refracción y constantes dieléctricas muy superiores.

Sumario de la invención Es un objetivo de la presente invención eliminar al menos algunos de las desventajas de la técnica anterior y proporcionar un procedimiento de formación de una película fina sobre la parte superior de un sustrato.

Este y otros objetos, junto con las ventajas de los mismos frente a procedimientos y composiciones conocidos, se logran mediante la presente invención tal como se describe y se reivindica más adelante en el presente documento.

La presente invención se basa en la idea de proporcionar una composición de precursor de óxido metálico complejo que pueden procesarse en fase líquida.

Una composición y un procedimiento para formar estampados de película fina de óxido metálico sobre un sustrato se divulga en el documento US-A-5637440. La tecnología conocida comprende combinar un compuesto organometálico hidrolítico con un fotosensibilizador que libera agua mediante la irradiación con rayos activos. El

compuesto metálico hidrolítico se somete a hidrólisis mediante reacción con agua y se transforma en un gel por medio de un sol de un óxido metálico que contiene agua. Al desarrollarse la reacción posteriormente, tiene lugar una reacción de polimerización en la que la combinación del metal y el oxígeno da como resultado un endurecimiento de la película. Otros documentos describen la producción de una composición de organoalcoxisilano y un alcóxido metálico a partir de alcóxido de aluminio y un organoalcoxisilano hidrolizable (documento EP-A-263428) , así como recubrimientos formados por condensados de alcóxido de Si (documento JP-A-8-269398) y composiciones de resina fotocurables de compuestos de precursor de alcóxido metálico (documento JP-A-61-130382) .

La invención se refiere a un procedimiento de formación de una película fina sobre la parte superior de un sustrato, que comprende las etapas de ! aplicar sobre la superficie del sustrato una composición obtenida convirtiendo una composición de precursor de óxido metálico complejo en un producto intermedio, que está disuelto en fase líquida y que puede polimerizarse;

! formar una capa fina sobre la superficie; ! eliminar el disolvente de la solución; y ! polimerizar el producto intermedio dando una película reticulada,

procesándose el producto intermedio a partir de una fase líquida para producir una película que tiene un espesor en el intervalo de 1 nm a 1000 nm con una única ejecución de la deposición,

en el que la composición de precursor de óxido metálico comprende al menos dos precursores de óxido metálico seleccionados del grupo de halogenuros metálicos que tienen la fórmula I

MeXm, I

en la que Me representa germanio, titanio, estaño, antimonio, tántalo, hafnio, circonio o silicio, X representa halogenuro y m representa la valencia del metal, y alcóxidos metálicos, que tienen la fórmula II

MeOR1m, II

en la que R1 representa un grupo alquilo alifático o alicíclico lineal o ramificado que opcionalmente está sustituido con 1 a 3 sustituyentes seleccionados del grupo que consiste en grupos hidróxido, carboxi, anhídrido, oxo, nitro y 15 amido, y Me y m tienen el mismo significado que anteriormente, y en el que existen dos tipos diferentes de moléculas presentes en relaciones molares de aproximadamente 1:10 a 10:1 para formar una mezcla de halogenuros metálicos y alcóxidos metálicos.

La invención se refiere a un procedimiento de formación de una película fina sobre la parte superior de un sustrato, que comprende las etapas de ! aplicar sobre la superficie del sustrato una composición obtenida convirtiendo una composición de precursor de óxido metálico complejo en un producto intermedio, que está disuelto en fase líquida y que puede polimerizarse;

! formar una capa fina sobre la superficie; 25 ! eliminar el disolvente de la solución; y ! polimerizar el producto intermedio dando una película reticulada,

procesándose el producto intermedio a partir de una fase líquida para producir una película que tiene un espesor en el intervalo de 1 nm a 1000 nm con una única ejecución de la deposición,

en el que la composición de precursores de óxido metálico comprende al menos dos precursores de óxido metálico seleccionados del grupo de halogenuros metálicos que tienen la fórmula I

MeXm, I

en la que Me representa germanio, titanio, estaño, antimonio, tántalo, hafnio, circonio o silicio, X representa halogenuro y m representa la valencia del metal, y alcóxidos metálicos, que tienen la fórmula II

MeOR1m, II

en la que R1 representa un grupo alquilo alifático o alicíclico lineal o ramificado que opcionalmente está sustituido con 1 a 3 sustituyentes seleccionados del grupo que consiste en grupos hidróxido, carboxi, anhídrido, oxo, nitro y 45 amido, y Me y m tienen el mismo significado que anteriormente, y en el que existen dos tipos diferentes de moléculas presentes en relaciones molares de aproximadamente 1:10 a 10:1 para formar una mezcla de halogenuros metálicos y alcóxidos metálicos.

Se ha hallado que los precursores de materiales de óxido metálico usados para formar una película de óxido metálico sobre un sustrato pueden estabilizarse haciéndolos reaccionar con un compuesto orgánico que sea capaz de reaccionar con el precursor formando un compuesto químico o un complejo metálico. El complejo químico formado es soluble en un disolvente de bajo punto de fusión, preferentemente en agua, y puede recuperarse en forma de una solución acuosa. Cuando sea necesario, el disolvente de procesamiento puede intercambiarse por un disolvente con propiedades más adecuadas, tales como un punto de ebullición más elevado.

En la invención, las composiciones de precursor de óxido metálico complejo se usan como precursores de los materiales de óxido metálico. Algunas composiciones complejas comprenden típicamente al menos dos precursores de óxido metálico diferentes que comprenden el mismo metal o metales diferentes pero con diferentes residuos inorgánicos u orgánicos unidos al metal o combinaciones de los mismos. Dichos materiales precursores se convierten en productos intermedios que están disueltos en fase líquida y que pueden polimerizarse.

También se describen en el presente documento composiciones de recubrimiento que comprenden el producto de reacción entre un precursor de óxido metálico y un compuesto orgánico que contiene al menos un grupo funcional capaz de reaccionar con el elemento metálico del precursor. La composición está disuelta en un líquido y la 65... [Seguir leyendo]

1. Procedimiento de formación de una película fina sobre la parte superior de un sustrato, que comprende las etapas de 5

-aplicar sobre la superficie del sustrato una composición obtenida convirtiendo una composición de precursor de óxido metálico complejo en un producto intermedio, que está disuelto en una fase líquida y que puede polimerizarse;

- formar una capa fina sobre la superficie; -eliminar el disolvente de la solución; y -polimerizar el producto intermedio dando una película reticulada,

procesándose el producto intermedio a partir de la fase líquida para producir una película que tiene un espesor en el intervalo de 1 nm a 1000 nm con una única ejecución de la deposición,

en el que la composición de precursor de óxido metálico complejo comprende al menos dos precursores de óxido metálico del grupo de halogenuros metálicos que tienen la fórmula I

MeXm, I

en la que Me representa germanio, titanio, estaño, antimonio, tántalo, hafnio, circonio o silicio, X representa un halogenuro y m representa la valencia del metal, y alcóxidos metálicos que tienen la fórmula II

MeOR1m, II

en la que R1 representa un grupo alquilo alifático o alicíclico lineal o ramificado que opcionalmente está sustituido con 1 a 3 sustituyentes seleccionados del grupo que consiste en grupos hidróxido, carboxi, anhídrido, oxo, nitro y amido, y Me y m tienen el mismo significado que anteriormente, y en el que existen dos tipos diferentes de moléculas presentes en relaciones molares de aproximadamente 1:10 a 10:1 para formar una mezcla de halogenuros metálicos y alcóxidos metálicos.

2. El procedimiento según la reivindicación 1, en el que al menos uno de los precursores de óxido metálico de la composición de precursor de óxido metálico complejo se hace reaccionar con un compuesto orgánico que contiene al menos un grupo funcional capaz de reaccionar con el elemento metálico del precursor para producir un producto intermedio que está disuelto en fase líquida y puede polimerizarse.

3. El procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 1 y 2, en el que el producto intermedio se procesa a partir de una fase líquida acuosa.

4. El procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, en el que el producto intermedio se procesa a una temperatura superior a 500 ºC para producir una película que tiene un espesor inferior a 500 nm para evitar daños en la película debidos a agrietamiento.

5. El procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, en el que el producto intermedio se procesa para dar un recubrimiento con un índice de refracción alto.

6. El procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, en el que la capa fina se recuece a una temperatura en el intervalo de 80 a 350 ºC, para producir una película de óxido metálico que contiene al menos algunos residuos del compuesto orgánico.

7. El procedimiento según la reivindicación 6, en el que el producto intermedio se procesa a una temperatura de aproximadamente 150 °C para dar una película que tiene un índice de refracción de 1, 9 o superior y a 350 ºC para dar un índice de refracción de 2, 0 o superior.

8. El procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el compuesto orgánico contiene enlaces dobles de carbono sensibles a la radiación para permitir la polimerización del producto intermedio mediante fotorreticulación.

9. El procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que comprende formar una película fina sobre un sustrato seleccionado del grupo de vidrio, plásticos, papel, materiales cerámicos y laminados.

10. El procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones anteriores que comprende formar un recubrimiento de

película fina óptico o eléctrico sobre un sustrato. 65

11. El procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que la película fina forma una película con un índice de refracción alto sobre la parte superior de una estructura de rejilla o actúa como una capa protectora sobre la parte superior de la estructura de rejilla.

12. El procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones anteriores que comprende formar una película con 5 una constante dieléctrica alta.

13. El procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones anteriores que comprende formar un recubrimiento antirreflectante.

14. El procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones anteriores que comprende formar una capa de detención de grabado químico y en seco en un procesamiento litográfico.

15. El procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones anteriores que comprende formar un recubrimiento

protector en un dispositivo emisor de luz orgánico. 15

16. El procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que comprende formar una capa para mejorar la eficacia en una célula solar.

17. El procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que comprende formar una rejilla de difracción óptica y una rejilla de difracción de película fina híbrida mediante repujado, litografía holográfica y nanoimpresión de la película fina.

18. El procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones anteriores que comprende formar un recubrimiento

resistente a la abrasión con un índice de refracción alto. 25

19. El procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que la película fina se deposita sobre el sustrato mediante deposición por centrifugación.

20. El procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el producto intermedio es capaz de polimerizarse con la influencia de calor y opcionalmente por evaporación del disolvente.

21. El procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el producto intermedio es capaz de polimerizarse para formar un polímero reticulado que tiene un peso molecular superior a 5.000 g/mol y de hasta

250.000 g/mol. 35

22. Un procedimiento de formación de una composición de precursor de óxido metálico tal como se ha definido en la reivindicación 1 que comprende las etapas de

-proporcionar al menos dos reactivos de partida que comprenden una mezcla de halogenuros metálicos y alcóxidos metálicos de germanio, titanio, estaño, antimonio, tántalo, hafnio, circonio o silicio; -hacer reaccionar los reactivos entre sí para formar un producto de reacción que comprende un precursor de

óxido metálico modificado; -recuperar el producto de reacción; y -hacer reaccionar el producto de reacción con un compuesto seleccionado del grupo de compuestos 45 orgánicos, agua y soluciones acuosas para convertir el producto de reacción en un producto intermedio que sea adecuado para el procesamiento en fase líquida.

23. El procedimiento según la reivindicación 22, en el que los reactivos comprenden precursores de óxido metálico que tienen el mismo elemento metálico o elementos metálicos diferentes y que están formados por halogenuros o alcóxidos o precursores combinados que tienen como ligandos tanto halogenuros como alcóxidos.

24. El procedimiento según la reivindicación 22 o 23, en el que la reacción se lleva a cabo en un disolvente inerte, que opcionalmente se elimina después de la reacción.

25. El procedimiento según la reivindicación 24, en el que los reactivos comprenden al menos un precursor de elemento metálico y un disolvente reactivo.

26. El procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 22 a 25, en el que el producto de reacción se hace reaccionar con compuestos orgánicos para formar complejos diferentes, o con agua o agua ácida para inducir la hidrólisis y la condensación de los precursores de óxido metálico.

27. El procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 22 a 26, en el que el producto de reacción se neutraliza.

28. El procedimiento de cualquiera de las reivindicaciones 22 a 27, en el que se neutralizan y se eliminan todos los subproductos ácidos.

29. El procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 22 a 28, en el que el producto de reacción intermedio se filtra usando, por ejemplo, filtración con presión o filtración por recirculación.

30. El procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 22 a 29, en el que el producto de reacción se recupera en solución acuosa.

31. El procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 22 a 30, en el que el producto de reacción se recupera en la solución formada por un disolvente orgánico y se disuelve en una fase acuosa mediante desplazamiento del 10 disolvente.

32. El procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 22 a 31, en el que el producto de reacción se recupera en solución acuosa y se disuelve en un disolvente orgánico que tiene un punto de ebullición superior al agua mediante desplazamiento del disolvente.

33. El procedimiento según la reivindicación 32, en el que el producto de reacción se disuelve en un éter cíclico, tal como gamma-butirolactona.

34. El procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 22 a 33, en el que el compuesto orgánico es capaz de

estabilizar el precursor de óxido metálico en una medida en la que no forme una matriz polimérica totalmente reticulada, que no sería soluble en un disolvente acuoso u orgánico.

35. El procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 22 a 34, en el que el compuesto orgánico es un compuesto orgánico seleccionado del grupo que consiste en ácidos orgánicos, anhídridos de ácidos, alcóxidos,

cetonas, beta-dicetonas, acetilacetonas, bencilacetonas, óxidos de arilo, beta-cetoésteres, alcanolaminas, glicoles, oximas, alquilhidroxilaminas, beta-cetoaminas, bases de Shiff, tioles y aldehídos.

36. El procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 22 a 35, en el que el compuesto orgánico contiene enlaces dobles de carbono. 30

37. El procedimiento según la reivindicación 36, en el que el compuesto orgánico se selecciona del grupo que consiste en ácidos acrílicos, ácidos (alc) acrílicos, ácido acético, ácido trifluoroacético y beta-dicetona.

38. El procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 22 a 37, en el que la relación molar entre el precursor 35 de óxido metálico y el compuesto orgánico es de 10:1 a 1:10, preferentemente de 5:1 a 1:5.

39. El procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 22 a 38, que comprende preparar una composición de precursor de óxido metálico o una composición de precursor de óxido multimetálico complejo.